[發(fā)明專利]一種制備金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管材料的方法

有效

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• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105251979B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 張有為;劉平桂;赫麗華;羅文;單明正
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/06
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發(fā)明屬于納米復合材料技術領域，涉及一種制備金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管材料的方法。

背景技術

隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，能源問題越來越成為困擾社會經(jīng)濟發(fā)展的突出矛盾，節(jié)能降耗，節(jié)能環(huán)保等技術也隨之成為熱點技術。光學研究表明，不透明物體反射率越高，發(fā)射率越低。因此具有高反射特性的材料是節(jié)能環(huán)保建筑裝飾涂料的首選。金屬材料的高反射，低紅外發(fā)射特性使得金屬顆粒成為這類節(jié)能環(huán)保型建筑裝飾涂料的優(yōu)質填料，但金屬材料在使用過程中容易被環(huán)境條件氧化和腐蝕，很難在條件苛刻的環(huán)境下使用。基于此，尋找新的替代材料迫在眉睫。

碳納米管和石墨烯是碳系家族中最重要的兩個成員。它們作為填料都可制備出多種高導電、高力學性能的聚合物復合材料。有文獻報道，向低紅外發(fā)射率(紅外發(fā)射率＜0.5)涂料中加入少量石墨烯或碳納米管可以有效降低涂料的紅外發(fā)射率。但當進一步增加碳納米管或石墨烯的含量后，填料間的強的范德華力作用而容易發(fā)生團聚，在樹脂基體中不易均勻分散，從而影響其優(yōu)異性能的實現(xiàn)。科學家們發(fā)現(xiàn)在石墨烯或碳納米管材料表面負載金屬納米粒子，可以抑制團聚現(xiàn)象。此外，通過石墨烯和碳納米管的自組裝作用構建三維結構的石墨烯/碳納米管復合材料也可以彌補單獨使用一維碳納米管和二維石墨稀所存在的缺陷。一方面，石墨烯可為碳納米管提供支撐的平臺，進而利于碳納米管電子傳輸通道的形成。另一方面，碳納米管可以阻止石墨烯片層間的堆疊，增大材料的比表面積，提高金屬納米粒子的負載量，還可以減小由于石墨烯片層上的缺陷對材料導電性能的影響，增強材料的電導率。由此可見，若將金屬納米粒子、石墨烯、碳納米管三者有機結合起來，構建出的金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管材料具有更為優(yōu)異的低紅外發(fā)射率。但目前金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料的制備多采用工藝復雜的氣相沉積法或條件苛刻(高溫高壓)的水/溶劑熱法，并不適合規(guī)模化的生產(chǎn)和應用，因此需要建立簡單、環(huán)境友好且能在室溫下制備金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料的新方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種簡單、低成本、適合宏量制備紅外發(fā)射率小于0.5的制備金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管材料的方法。

本發(fā)明的技術解決方案是，

1)將氧化石墨和碳納米管分散于溶劑中并進行超聲剝離處理，得到氧化石墨/碳納米管混合溶液；氧化石墨的濃度為0.5～2mg/mL，碳納米管濃度為0.5～2mg/mL，所述碳納米管為羥基化或羧基化修飾的單壁或多壁碳納米管，其中，單壁碳納米管的直徑1～3nm，長度1～20μm，多壁碳納米管的直徑10～40nm，長度5～30μm，所采用的超聲功率為450～1200W，所述溶劑選自下述任意一種：水、乙醇、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮；

2)向上述氧化石墨/碳納米管混合溶液中加入金屬鹽溶液和表面活性劑，得到金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液；所述金屬鹽溶液濃度為1～5mmol/L，表面活性劑濃度為0.1～1mg/mL，所述金屬鹽溶液為氯金酸、硝酸銀、氯化鋁、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅中的一種；表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一種；

3)在室溫下用γ射線對上述金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液進行輻照處理，金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液的吸收劑量為10～1000kGy，劑量率為10～300Gy/min，所述γ射線為⁶⁰Coγ射線，洗滌過濾，得到金屬粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料。

在得到金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液的過程中調節(jié)所述金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液的pH值至3～14。

步驟3)前還包括：向所述金屬鹽/氧化石墨/碳納米管混合溶液中通入惰性氣體，除掉溶液中氧的步驟。

在得到金屬粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料后，再對所述金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料用乙醇超聲洗滌、再過濾，重復上述洗滌-過濾的操作，直至除去步驟1)中引入的溶劑；然后將產(chǎn)物干燥，得到純化的金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管納米復合材料。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，采用本發(fā)明的技術方案制備的金屬納米粒子/石墨烯/碳納米管材料具有三維網(wǎng)絡結構和低的紅外發(fā)射率，金屬負載量(即金屬納米粒子在復合材料中的質量分數(shù))為0.5～20.0wt％，負載的金屬納米粒子的粒徑為1～500nm，紅外發(fā)射率＜0.5。

本發(fā)明制備低紅外發(fā)射率填料的方法與現(xiàn)有方法相比，具有如下優(yōu)勢：